Potențiometru

Un potențiometru (numit colocvial oală ) este un tip de rezistor variabil cu trei terminale, dintre care unul este conectat la un glisor care se deplasează pe o pistă rezistentă terminată de celelalte două terminale. Acest sistem face posibilă colectarea, între terminalul conectat la cursor și unul dintre celelalte două terminale, a unei tensiuni care depinde de poziția cursorului și de tensiunea la care este supusă rezistența.

Există un echivalent sub forma unui circuit integrat  : potențiometrul digital, utilizat acum pe scară largă în electronica analogică controlată digital .

Istoric

Acest dispozitiv a fost inventat de Johann Christian Poggendorff în 1841, pentru a efectua o măsurare precisă a potențialului bateriei (prin metoda de opoziție), de unde și numele său. A fost apoi un reostat circular al cărui index rotativ a fost ținut în contact cu un fir înfășurat, de un arc.

În 1939, grupul de cercetare anglo-american care lucra la radar ( Radio Detection And Ranging ) a observat potențiometre de reglare a sensibilității pH-metre ale mărcii Beckman . Unul dintre cercetătorii programului, Paul Rosenberg de la MIT Radiation Laboratory , a arătat că sunt de zece ori mai sensibili decât alți potențiometri. În plus, Beckman a brevetat aceste componente sub marca helipot (abrevierea HELIcoïdal POTentiometer). Cu toate acestea, acestea trebuiau adaptate astfel încât să poată rezista șocurilor și vibrațiilor neîncetate care afectează vehiculele militare. Pentru contactul electric ocazional, el a înlocuit arcul reostatului cu un index rotativ ghidat într-o crestătură de la baza butonului: prin îndepărtarea unei părți fragile, a devenit astfel posibilă rotirea punctului de contact fără risc de rupere a circuitului.

utilizare

Potențiometrele sunt utilizate în mod obișnuit în circuitele electronice. Acestea sunt utilizate, de exemplu, pentru a controla volumul unui radio. Potențiometrele pot fi, de asemenea, utilizate ca traductoare, deoarece convertesc o poziție într-o tensiune. Acest tip de dispozitiv poate fi găsit în joystick-uri . Potențiometrele mici ( tăietoare sau trimpoturi ) se găsesc frecvent pe circuite care necesită ajustări precise pentru buna lor funcționare. În dispozitivele de zi cu zi, aceste potențiometre mici, montate în circuit, sunt rareori destinate controlului de către utilizatorul final.

Tipuri de potențiometre

Un potențiometru poate fi:

• rectiliniu sau rotativ;
• liniar sau logaritmic („audio”) sau anti-logaritmic („audio invers”)  ;
• analogice sau digitale;
• mono sau stereo;
• cu sau fără poziție de oprire (prezența unei mici crestături atunci când este rotită complet spre stânga, legată de un comutator);
• cu crestătură centrală („crestat”, permite să ai o poziție „zero” în centrul pistei);
• cuplat (potențiometru digital controlat de un potențiometru analogic).

Potențiometru liniar

Un potențiometru liniar este un potențiometru a cărui valoare de rezistență variază proporțional cu distanța dintre terminalele sale și cursor. Este utilizat, de exemplu, într-o sursă de tensiune variabilă. Acest principiu este utilizat în dispozitivele de măsurare, cum ar fi etrierul .

Variația este progresivă: când cursorul se află în centrul pistei, rezistența ohmică care poate fi măsurată între cursor și un capăt „a” este aceeași cu cea care poate fi măsurată între cursor și „celălalt capăt” b ": R a = R b (deci, dacă potențiometrul este un model de 100  kΩ , R a = R b = 50  kΩ ). Când cursorul este la 80% din cursa sa (aproape de capătul înalt), R a = 20% din rezistența totală, R b = 80% din rezistența totală. Acesta este tipul de potențiometru utilizat în mod implicit dacă nu este specificat nimic de către autorul diagramei electronice, cu excepția cazului în care este un potențiometru de volum (în acest caz este necesar un model logaritmic).

Potențiometru logaritmic

Rezistența acestui tip de potențiometru variază într-un mod logaritmic sau exponențial , adică valoarea rezistenței sale crește sau scade din ce în ce mai repede atunci când se deplasează cursorul.

Variația valorii rezistenței dintre cursor și un capăt răspunde la o funcție logaritmică. Când cursorul se află în centrul pistei, rezistența ohmică care poate fi măsurată între cursor și un capăt nu este aceeași cu cea care poate fi măsurată între cursor și celălalt capăt: R a  ≠ R b . Pentru a da o ordine de mărime și pentru a completa cele trei exemple citate mai sus, R a  = R b când cursorul este la 90% din cursa sa totală. Evident, nu se poate utiliza un potențiometru de acest tip într-o rețea de alimentare pentru a regla fin tensiunea de ieșire. Într-adevăr, variația este lentă atunci când cursorul se deplasează spre un capăt și este foarte rapidă când cursorul ajunge la celălalt capăt. Acest tip de potențiometru este utilizat în principal pentru reglarea volumului sunetului, pentru a „lipi” de caracteristica urechii, care are exact un răspuns logaritmic la presiunea pe care aerul o exercită asupra timpanelor. Datorită acestei particularități, respectarea direcției de conectare a celor două capete ale pistei rezistive este mult mai importantă decât pentru potențiometrul liniar.

Trebuie remarcat faptul că limitările tehnice fac imposibilă fabricarea potențiometrelor în care variația rezistivității este cu adevărat continuă; în realitate, o măsurare precisă a rezistenței în funcție de poziția cursorului va da o funcție afară pe bucăți, aproximând o funcție logaritmică, eroarea depinzând de calitatea potențiometrului.

Potențiometru mid-tap

Potențiometrul mid-tap , utilizat în principal la amplificatoare mai vechi , nu a mai fost utilizat de la sfârșitul anilor 1980 pentru aceste aplicații. Acest tip de potențiometru continuă să fie utilizat pentru citirea poziției și face posibilă efectuarea unei măsurări diferențiale între cursor și punctul mediu.

Acest tip de rezistor variabil este, electronic, aproape echivalent cu un potențiometru având două rezistențe fixe conectate la cele două terminale care nu sunt cursorul.

Potențiometru digital

Un potențiometru digital este o componentă activă care simulează comportamentul unui potențiometru analog, dar, spre deosebire de acesta din urmă, rezistența acestuia nu este modificată mecanic prin rotirea acestuia. Își variază rezistența în funcție de o valoare numerică (adesea un octet) pe care o primește. Prin urmare, se poate lua doar un număr finit n de posibile valori de rezistență. Scara de corespondență între cele n valori digitale și diferitele valori de rezistență sunt specifice fiecărui model de potențiometru.

Acest tip de potențiometru este adesea limitat la câteva zeci de miliamperi la intrare și la o tensiune maximă de 5 volți. Schimbarea polarității la bornele sale poate pune o problemă, variind rezistența sa la trecere și, prin urmare, inducând distorsiuni neliniare ale semnalului.

Putere

Potențiometrele nu sunt, în general, concepute pentru a controla puteri mari (mai mari de un watt ). Mai degrabă, acestea sunt utilizate pentru a regla semnalele analogice, cum ar fi volumul într-un sistem audio sau intensitatea unui LED . Un dispozitiv de alimentare, ca un dimmer , va utiliza un potențiometru care controlează alte componente de putere (cum ar fi un triac ). Componentele de putere se vor ocupa de trecerea curentului către o lampă sau un ventilator, de exemplu.

Coduri

Potențiometrele au coduri care le permit să fie identificate. La cele mai mari, rezistența este indicată în general în mod explicit, în ohmi (de exemplu „500K” pentru 500.000  Ω ). La trimmer , notația este mai concisă cu trei cifre, primele două fiind cifrele semnificative și ultima multiplicator (puterea corespunzătoare de 10). De exemplu, codul „501” corespunde la 50 · 10 1 sau 500  Ω . Codul „103” corespunde cu 10 · 10 3 sau 10  kΩ .

Tipul de bandă rezistivă este indicat numai pe potențiometre de o anumită dimensiune. Tabelul următor rezumă codurile potențiometrelor cele mai utilizate.

Vă rugăm să rețineți, nomenclaturile diferă între Japonia și restul lumii!

Funcţie	Codificat
Liniar	A (Europa), B (Japonia) sau „LIN”
Logaritmic	B (Europa), A (Japonia) sau „LOG”
Anti-logaritmic	F (cod vechi), C (cod modern)

Utilizările potențiometrelor

Potențiometrele sunt prezente pe scară largă în circuite pentru a asigura interacțiunea cu utilizatorul sau ajustările de către tehnicianul electronic. Majoritatea circuitelor din electronica de larg consum le au, fie în formă analogică, fie digitală. Cu toate acestea, odată cu apariția erei digitale, potențiometrele analogice sunt în declin și sunt adesea înlocuite cu controale digitale. Producătorii de dispozitive audio sunt încă foarte atașat de potențiometre , deoarece acestea se găsesc în setarea de volum / frecventa pe radio , egalizatoare ,  etc.

Aplicații audio / video

Dispozitivele destinate procesării sunetului sau a videoclipului au adesea potențiometre, fie ele rectilinii sau rotative. Acești potențiometri sunt utilizați pentru a controla diferiții parametri referitori la sunet (volum, frecvență  etc. ).

Potențiometrul de jurnal (pentru logaritmic) este utilizat pentru a modifica volumul amplificatoarelor, aparatelor de radio etc. Curba sa logaritmică este aleasă în mod deliberat pentru a fi cât mai aproape de sensibilitatea urechii umane. Răspunsul amplitudinii la oameni este într-adevăr logaritmic. Acest lucru face posibilă simularea liniarității la rotirea potențiometrului. De exemplu, pentru un potențiometru între 1 și 10, valoarea 9 va avea un volum de două ori mai mic decât maximul (10). Potențiometrul de tip anti-jurnal este reversul jurnalului . De obicei, este combinat cu un jurnal , de exemplu pentru a gestiona echilibrul într-o instalație stereo (creșterea sunetului pe o parte trebuie să o scadă pe cealaltă).

Potențiometrele rectilinii sunt frecvente pe dispozitivele de control al sunetului, cum ar fi egalizatoarele sau mixerele . Acestea se găsesc și pe radiouri pentru reglarea volumului sau a frecvenței recepției.

Televiziune

La modelele de televiziune mai vechi, potențiometrele rotative sunt utilizate pentru a regla contrastul , luminozitatea sau chiar saturația . Alte dispozitive au, de asemenea, un potențiometru vertical de reglare care reglează frecvența de sincronizare între semnalul primit și rata de rotire. Dispozitivele fabricate în prezent sunt controlate în mare măsură de către utilizator prin comenzi discrete. De exemplu, reglarea contrastului pe ecranul computerului se poate face prin intermediul a două butoane (+ și -) pe o gamă redusă de valori posibile (de exemplu între 1 și 100).

Traductoare

Potențiometrele sunt utilizate pentru a converti o deplasare sau o rotație către alte mărimi fizice (rezistență / tensiune / curent). Acest principiu face posibilă producerea de senzori. Un astfel de dispozitiv este utilizat în pedalele cu efect de chitară de tip wah-wah  : pedala detașabilă este conectată la un rack ale cărui dinți întorc un angrenaj montat pe un potențiometru. Acest lucru vă permite să controlați intensitatea efectului sonor. Un potențiometru este utilizat pentru a măsura unghiul de deschidere al clapetei de accelerație a unui motor cu aprindere prin scânteie cu electronică de injecție .

Calculatoare

În computerele analogice , potențiometrele sunt utilizate pentru a amplifica sau reduce valorile intermediare cu constante sau pentru a defini valorile inițiale pentru un calcul. Un potențiometru activat de un mecanism motorizat poate fi folosit ca generator de funcții .

Utilizarea rezistenței variabile

Potențiometrul este utilizat ca rezistor variabil pentru a putea modifica intensitatea curentului. Acest dispozitiv se numește reostat . Unele rezistențe proiectate pentru această aplicație sunt înfășurate într-un mod special: secțiunea conductorului este mai mare la un capăt al potențiometrului.

Diagrama echivalentă

Pentru formulări, un potențiometru de valoare P trebuie considerat ca 2 rezistențe R 1 și R 2 al căror punct comun este cursorul. Aceste 2 rezistențe au apoi o valoare în funcție de poziția cursorului.

Această poziție este identificat printr - un parametru α sau o între 0% (sau 0) și 100% (sau 1). Alegem α  = 0 pentru un capăt (A) al pistei și α = 1 pentru celălalt capăt (B).

Avem atunci:

R1=α.P,R2=(1-α).PAșadarR1+R2=P{\ displaystyle R_ {1} = \ alpha .P, \, \, R_ {2} = (1- \ alpha) .P \ quad {\ text {și prin urmare}} \ quad R_ {1} + R_ {2 } = P}

Folosit ca rezistor variabil, diagrama echivalentă este simplificată:

Avem atunci:

RLAB=α.P{\ displaystyle R_ {AB} = \ alpha .P}

Note și referințe

1. Definiții lexicografice și etimologice ale „potențometrului” tezaurului computerizat al limbii franceze , pe site-ul web al Centrului Național pentru Resurse Textuale și Lexicale
2. Fotografii ale potențiometrelor de măsurare
3. Conform lui Arnold Thackray și Minor Myers, Jr. (prefață de James D. Watson), Arnold O. Beckman: o sută de ani de excelență , Philadelphia, Chemical Heritage Foundation,2000, 379  p. ( ISBN  978-0-941901-23-9 , citit online ) , p.  167–175
4. https://www.arrow.com/fr-fr/research-and-events/articles/digital-potentiometers-replace-mechanical-units
5. (în) Ghid pentru începători pentru potențiometre , whsites.net pe site.

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">